МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
ТАШКЕНТСКИЙ АРХИТЕКТУРНО – СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра «Математики и естественных наук»
Лабораторные работы
по курсу общей физики
Лабораторная работа №1
Определение момента инерции груза на маятнике Обербека
Ташкент 2010
Аннотация
к лабораторной работе № 1.
«Определение момента инерции груза на маятнике Обербека»
Данная лабораторная работа проводится с целью освоить метод определения момента инерции груза на маятнике Обербека. Выполнение задач лабораторной работы ведет к углублению и практическому закреплению знаний студентов по теме «Основы динамики вращательного движения твердого тела». Описание лабораторной работы содержит:
Описание прибора и метода работы. Порядок выполнения работы. Контрольные вопросы.
Лабораторная работа № 1.
Определение момента инерции груза на маятнике Обербека.
Цель работы: освоить метод определения момента инерции груза с помощью маятника Обербека.
Принадлежности: маятник Обербека, набор гирь по 100 гр., секундомер, штангенциркуль.
Описание прибора и метод работы.
Законы вращательного движения можно изучит при помощи прибора изображенного на рисунке 5.
Рис.5 | Крестовина состоит из шкива радиусом |
, закрепленного на оси О, четырех стержней, расположенных под углом 90° друг к другу, и четырех одинаковых грузов 
, которые можно перемещать вдоль стержней и закреплять на определенном расстоянии от оси. Грузы закрепляются симметрично так, чтобы система была в безразличном равновесии. Крестовина приводится во вращательное движение силой натяжения нити 
, которая возникает в результате действия груза на нить. Момент этой силы 
, где 
– сила натяжения нити, 
– радиус шкива.Силу натяжения определяют по второму закону Ньютона для поступательного движения груза, подвешенного к нити:
, 
– ускорение груза.
Груз 
, находящийся на высоте 
, обладает некоторой потен-циальной энергией, равной 
, где 
– ускорение свободного падения, 
– масса груза.
При падении 
его потенциальная энергия переходит в кине-тическую энергию поступательного движения груза 
и кинетическую энергию вращательного движения крестовины 
, где 
– момент инерции крестовины.
На основании закона сохранения энергии:
(11)
Поскольку трение мало, то работой по преодолению силы трения можно пренебречь. При равноускоренном движении 
, а величина ускорения 
. Угловая скорость связана с линейной скоростью 
.Подставляя 
и 
в (11), получим расчетную формулу в виде:
(12)
Порядок выполнения работы.
Грузы снимают со стержней крестовины. Измеряют штангенциркулем диаметр шкива, вычисляют его радиус
. Вращая крестовину поднимают площадку на высоту 
над скамейкой К и отмечают это расстояние. Кладут на площадку 100г. гирю (следует учитывать и массу площадки, равную 100г.) и дают возможность площадке с гирей падать. Определяют время падения 
, для чего секундомер включают в момент начала падения и останавливают в момент удара площадки о скамейку. Вычисляют момент инерции вращающейся системы по формуле (12): 
. Повторяют опыт с гирями 200, 300, 400г. и каждый раз вычисляют момент инерции. Вычисляют среднее значение момента инерции крестовины без грузов 
. Результаты вычислений и измерений заносят в таблицу 1. На концах крестовины закрепляют грузы так, чтобы она была в безразличном равновесии и повторяют опыт с гирями 100, 200, 300 и 400г. каждый раз вычисляя момент инерции. Находят среднее значение момента инерции крестовины с грузами. Результаты заносят в таблицу 2. Вычисляют абсолютную и относительные ошибки. Таблица 1.
Определение момента инерции крестовины без грузов.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.
Определение момента инерции крестовины с грузами.
|
|
|
|
|
|
|
|
Момент инерции груза на крестовине определяют по формуле:
Контрольные вопросы.
1. Какое движение называется вращательным?
2. Какими физическими величинами характеризуется вращательное движение?
3. Напишите формулы, связывающие угловые величины с соответствующими линейными величинами.
4. Что называется моментом инерции тела и в каких единицах он измеряется?
5. Объясните закон сохранения энергии для данной системы и запишите его.
6. Запишите II – закон Ньютона для вращательного движения.
